Može li se od zraka opiti? Odgovor je: može – ako ga se pretvori u alkohol. Prvo treba iz zraka izdvojiti ugljikov dioksid. Potom valja ugljikov dioksid (Sabatierovom) reakcijom s vodikom prevesti u metan. Metan treba dimerizirati u eten, a od etena zatim, reakcijom s vodenom parom, proizvesti etanol, tj. alkohol. Sve se to ne može napraviti bez velikih i skupih postrojenja, jer je riječ o postupcima koji se provode pri visokim tlakovima i temperaturama, uz obilnu upotrebu katalizatora. Kemija sve može.

No, ima i jedan drugi, tiši i lakši – da pravo kažemo – nježniji put. Vinova loza pretvara ugljikov dioksid iz zraka u grožđani šećer (glukozu), a kada taj šećer dođe do kvaščevih gljivica od njega nastaje alkohol, u vinu, razumije se.  I to je kemija. Samo to nije ljudska kemija, kemija kemijskih laboratorija i tvorničkih postrojenja, nego prirodna kemija – kemija živih bića. Kako pomiriti, ili bolje reći kako približiti te dvije kemije?

Kemijske reakcije koje u listu biljke dovode do nastajanja šećera iz vode i ugljikova dioksida  izuzetno su komplicirane, no kada se do kraja sagledaju, sve se svodi na putovanje elektrona (koje pobuđuje Sunčeva svjetlost) i vodikovih iona (koji dolaze od vode). No strujanje elektrona, a to nije ništa drugo nego električna struja, može pobuditi i vanjski napon – i tako smo došli do elektrode koja čini isto što i zeleni list zelene biljke, elektrode koja pretvara ugljikov dioksid u organske spojeve.

Riječ je o tandemskoj plinsko-difuzijskoj elektrodi (gas diffusion electrode, GDF) koja reducira CO₂ u organske spojeve sa po dva ugljikova atoma (C₂₊). I to čini vrlo uspješno, što se može iščitati već iz naslova znanstvenog rada što je nedavno izišao u časopisu Cell Reports Physical Sciences: „Tandem electrodes for carbon dioxide reduction into C₂₊ products at simultaneously high production efficiency and rate“.

U tandemskoj elektrodi, samo joj ime kaže, dva njezina sloja rade u tijesnoj suradnji, u tandemu. Prvi sloj, koji se sastoji od srebra, zlata ili od naročite niklove slitine (Ni-C-N), prihvaća molekule ugljikova dioksida, CO₂,  te ih reducira u molekule ugljikova monoksida, CO. Molekule ugljikova monoksida zatim difundiraju  u drugi sloj, sloj bakra, u kojem se reduciraju  vodikom iz vode. Rezultat: iz ugljikova dioksida i vode dobiva se – ovisno o uvjetima reakcije – eten, C₂H₄,  ili neki drugi „C₂₊ produkt“, recimo etanol, C₂H₅OH. Ispod sloja bakra nalazi se pak mikroporozni i električno vodljivi sloj amorfnog ugljika i ugljikovih niti.

Tandemska elektroda vrlo je tanka, nije deblja od 0,002 mm. Na sloj bakra površinske gustoće 0,8 mg cm^-2 nanosi se sloj srebra (0,33 mg cm^-2) ili niklove slitine Ni-C-N površinske gustoće 0,01 – 0,4 mg cm^-2. Ispitane su mnoge kombinacije, dok se nije došlo do najbolje, tandemske elektrode Cu/Ni-C-N. Upotrebom te elektrode bilo je moguće iskoristiti 62 % električne energije za redukciju ugljikova dioksida u eten, i to pri gustoći struje od 415 mA cm^-2. Tandemska elektroda Cu/Ag, koja je prva iskušana i najviše istražena, postigla je pak iskoristivost od 50 %, no uz triput manju gustoću napona (150 mA cm^-2).  To znači da bi za sat vremena kvadratni metar prve, najbolje elektrode mogao proizvesti 224 grama etena – odatle izraz „high production efficiency and rate“ u naslovu članka.

Na temelju te najbolje elektrode napravljen je i pokusni uređaj za „elektrolizu zraka“. Pri naponu od 3 V i gustoći struje 220 mA cm^-2 uređaj je postigao  iskoristivost u proizvodnji etena od 48 %, što je – prema mišljenju autora – dovoljno  da se primijeni u industrijskoj proizvodnji. Dalje ne treba trošiti riječi, jer od etena se može sve proizvesti, od polietilena i umjetne gume do octene kiseline i alkohola. A možda će biti moguće sve to proizvesti istim tehnološkim postupkom, elektrolizom zraka uz upotrebu tandemskih plinsko-difuzijskih elektroda.

Na kraju se trebamo upitati jesu li u pretvaranju Sunčeve energije i ugljikova dioksida u organske spojeve efikasnije biljke ili čovjek? Uz pretpostavku da fotonaponska ploča pretvara 20 % Sunčeve energije u električnu, a ova se opet prevodi s iskorištenjem od 50 % u kemijsku energiju (sinteza etena i drugih C₂₊ spojeva) dolazimo od ukupnog iskorištenja od 10 %. Iskorištenje pak Sunčeve energije pri najboljim uvjetima i uz upotrebu najrodnijih biljaka (kukuruz i šećerna trska) nije veće od 5 %.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti.  Sada piše za Čovjek i svemir te  mrežne stranice Zg-magazin i, naravno, BUG online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda,  a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.